Seasonal patterns in phytoplankton photosynthetic parameters and primary production at a coastal NW Mediterranean site

Abstract

[EN] We carried out monthly photosynthesis-irradiance (P-E) experiments with the 14C-method for 12 years (2003–2014) to determine the photosynthetic parameters and primary production of surface phytoplankton in the Blanes Bay Microbial Observatory, a coastal sampling station in the NW Mediterranean Sea. Our goal was to obtain seasonal trends and to establish the basis for detecting future changes of primary production in this oligotrophic area. The maximal photosynthetic rate PBmax ranged 30-fold (0.5-15 mg C mg Chl a–1 h–1), averaged 3.7 mg C mg Chl a–1 h–1 (±0.25 SE) and was highest in August and lowest in April and December. We only observed photoinhibition twice. The initial or light-limited slope of the P-E relationship, αB, was low, averaging 0.007 mg C mg Chl a–1 h–1 (μmol photons m–2 s–1)–1 (±0.001 SE, range 0.001-0.045) and showed the lowest values in spring (April-June). The light saturation parameter or saturation irradiance, EK, averaged 711 μmol photons m–2 s–1 (±58.4 SE) and tended to be higher in spring and lower in winter. Phytoplankton assemblages were typically dominated by picoeukaryotes in early winter, diatoms in late autumn and late winter, dinoflagellates in spring and cyanobacteria in summer. Total particulate primary production averaged 1.45 mg C m–3 h–1 (±0.13 SE) with highest values in winter (up to 8.50 mg C m–3 h–1) and lowest values in summer (summer average, 0.30 mg C m–3 h–1), while chlorophyll-specific primary production averaged 2.49 mg C mg Chl a–1 h–1 (±0.19, SE) and peaked in summer (up to 12.0 mg C mg Chl a–1 h–1 in August). 14C-determined phytoplankton growth rates varied between ca. 0.3 d–1 in winter and 0.5 d–1 in summer and were within 60-80% of the maximal rates of growth, based on PBmax. Chlorophyll a was a good predictor of primary production only in the winter and autumn. Seasonality appeared to explain most of the variability in the studied variables, while phytoplankton composition played a minor role. Daily integrated primary production was fairly constant throughout the year: similar to previous oxygen-based estimates in winter but considerably lower than these in summer. The difference between 14C- and oxygen-based estimates of primary production could be explained by community respiration. Annually integrated primary production amounted to a rather modest 48 g C m–2 yr–1 (equivalent to 130 mg C m–2 d–1). Although no interannual patterns were detected, our work soundly establishes the seasonal trends for the coastal NW Mediterranean, therefore setting the basis for future detection of change

[ES] Hemos llevado a cabo mediciones mensuales de la relación entre fotosíntesis e irradiancia (curvas P-E) con el método del 14C durante 12 años (2003-2014), para obtener los parámetros fotosintéticos y la producción primaria del fitoplancton superficial en el Observatorio Microbiano de la Bahía de Blanes, una estación de muestreo costera en el noroeste del Mediterráneo. Nuestro objetivo era determinar las tendencias estacionales y establecer la línea de base para detectar cambios futuros de la producción primaria en esta área oligotrófica. La tasa fotosintética máxima PBmax osciló 30 veces (0.5 a 15 mg C mg Chl a–1 h–1), con un promedio de 3.7 mg C mg Chl a–1 h–1 (±0.25, error estándar), y fue máxima en agosto y mínima en abril y diciembre. Sólo se observó fotoinhibicion dos veces. La pendiente inicial de la curva P-E, αB, fue baja, con un promedio de 0.007 mg C mg Chl a–1 h–1 (µmol fotones m–2 s–1)–1 (error estándar ±0.001, rango de 0.001-0.045) y presentó los valores más bajos en primavera (abril-junio). El parámetro de saturación de irradiancia, EK, presentó un promedio de 711 µmol fotones m–2 s–1 (±58.4, error estándar) y tendió a ser mayor en primavera y menor en invierno. El fitoplancton estuvo típicamente dominado por picoeucariotas a principios de invierno, diatomeas a finales de otoño y en el invierno avanzado, dinoflagelados en primavera, y cianobacterias en verano. La producción primaria particulada total promedió 1.45 m–3 h–1 (±0.13 error estándar) con máximos en invierno (hasta 8.50 mg C m–3 h–1) y mínimos en verano (media en verano, 0.30 mg C m–3 h–1), mientras que la producción primaria por unidad de clorofila promedió 2.49 mg C mg Chl a–1 h–1 (±0.19, error estándar) y alcanzó su punto máximo en verano (hasta 12.0 mg C mg Chl a–1 h–1 en agosto). Las tasas de crecimiento del fitoplancton determinadas por 14C oscilaron entre ca. 0.3 d–1 en invierno y 0.5 d–1 en verano, siendo 60-80% de las tasas máximas de crecimiento basadas en los valores de PBmax. La clorofila a resultó ser un buen predictor de la producción primaria sólo en el invierno y el otoño. La estacionalidad explica la mayor parte de la variabilidad en las variables estudiadas, mientras que la composición del fitoplancton juega un papel menor. La producción primaria integrada diaria fue bastante constante durante todo el año, similar a estimaciones anteriores con mediciones de oxígeno en invierno, pero considerablemente más bajas en verano. La diferencia entre las estimaciones de la producción primaria por 14C y las estimaciones en base al oxígeno podrían explicarse por la respiración de la comunidad. Anualmente la producción primaria integrada ascendió a valores más bien modestos de 48 g C m–2 año–1 (equivalentes a 130 mg C m–2 d–1). Aunque no se detectaron patrones interanuales, nuestro trabajo establece las tendencias estacionales para la producción primaria en el litoral Mediterráneo noroccidental, y supone la línea de base para la detección de cambios futuros